[发明专利]一种基于汤逊理论电弧模型的故障单端测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障单端测距方法，具体涉及一种基于汤逊理论的电弧模型推导，以及利用此模型进行故障单端测距的算法。

背景技术

根据各种故障的统计分析，在短路故障中，单相接地故障的次数几乎占所有故障类型的90％左右，并且从故障录波分析中发现，在相间故障中，相当一部分是由单相接地发展而来。特别是途经山区地貌的高压输电线路，由于绝缘子闪络、雷击等原因，经常发生因线路对周围树枝、毛竹放电以及火烧山火焰对线路放电造成单相高阻接地故障。单相高阻接地故障发生后，常常由于保护不能正确动作，输电系统长时间非正常状态运行，可能导致相间绝缘击穿，转化为相间甚至三相故障，使故障危害增大，严重影响电网的安全稳定运行。高阻接地故障发生后，当人或牲畜靠近故障点时有接触高电压的危险；高阻接地故障发生大多伴随电弧现象，容易引发火灾，可能导致生命和财产的重大损失。

高压输电系统中性点接地方式为直接接地，如果输电线路发生金属性接地故障，由于故障电流大，传统继电保护装置能够快速切除故障线路，防止故障蔓延。然而，如果在接地点存在数值较大的过渡电阻，例如绝缘子闪络、雷击、山火等原因引发的高阻接地故障，或者由于架空线经树枝、沙地等非金属性导电介质接地限制了故障电流大小，最终可能导致故障电压和电流特征不明显而不能被传统保护装置检测和切除。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的故障单端测距方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种基于汤逊理论电弧模型的故障单端测距方法，该故障打算测距方法使得单相接地故障易于被测算，从而降低事故的概率和损害程度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于汤逊理论电弧模型的故障单端测距方法，其包括以下步骤：

(1)、建立汤逊理论的模型方程：

i＝I_Se^ad(1)

其中：i为电弧电流，I_s为由外电离因素引起的饱和电流，d为电弧长度，α为碰撞电离系数；

并且，碰撞电离系数α与电弧空间中电场强度E在一定电弧电压范围内呈如下正比函数关系：

α/δ＝A·E/δ(2)

其中：δ为空气相对密度，α/δ反映每次碰撞平均产生的电子数，E/δ反映电子在平均自由程上由电场获得的能量，A为正比系数；

(2)、从汤逊碰撞理论中推导出空气电弧中电压与电流的对数关系，具体地：

根据理论可知，能够假定：

i＝I_Se^ad-I_S＝I_Se^AEd-I_S(3)

u＝E·d(4)

则

i＝I_Se^Au-I_S(5)

u＝U_T·ln(i/l_S+1)(6)

其中：u为电弧电压，i为电弧电流，U_T、I_S为常数；

通过式(6)即可从汤逊碰撞理论中推导出空气电弧中电压与电流的对数关系；

(3)、将故障点电压u_F建立关于零序电流i₀的对数模型，具体地：由于在交流电压下的电弧对数模型如下式所示：

u＝sgn(i)·U_Tln(|i|I_S+1)(7)

因此，故障点电压u_F建立关于零序电流i₀的对数模型为

u_F＝sgn(i₀)·U_Tln(|i₀|/I_S+1)(8)

(4)、将式(8)中线路参数表达为单位距离线路电阻电感参数和故障距离l的乘积，并将电弧对数模型代入，得到下述公式：

令

将式(8)简化成下述公式：

其中：a₁和i₀均可在测量端计算出；待定参数有：1为测量端到故障点的故障距离，U_T和I_S为电弧对数模型参数，R_F为故障支路除去电弧之外的电阻；